U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理及瓦斯治理技術探究

崔洪章

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西臨汾 031400）

U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理及瓦斯治理技術探究

崔洪章

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西臨汾 031400）

為實現U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯的有效治理，減少U型通風綜放工作面上隅角瓦斯的濃度，探討了U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理，同時對其治理技術做了深入的研究，采用頂板走向高位鉆孔抽放上隅角瓦斯，并合理配置工作面風量，進而分析了治理結果，結果表明有著較好的治理效果。

U型通風；綜放工作面；上隅角高瓦斯；機理；治理

21世紀的今天，我國煤炭開采技術逐漸提高，開采煤層厚度增大，綜放工作面越來越多，在采空區漏風流場中常伴有上隅角瓦斯積聚，帶來嚴重的安全威脅。做好U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯治理始終是煤炭開采行業領域高度重視的一個焦點[1]。因此對U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理及瓦斯治理技術進行深入研究有一定的現實意義。

1 工作面概況

山西某礦3-501綜放工作面開采3號煤層，平均厚度為6.02 m，埋深320 m~410 m，傾角0°~8°，賦存穩定，結構簡單，直接頂為砂質泥巖，老頂為中細粒砂巖，直接底為粉砂巖。該工作面采用走向長壁一次采全高放頂煤采煤方法，全部垮落法處理采空區。工作面采用U型通風方式。配風量1 600 m3/min~1 700 m3/min，生產期間工作面瓦斯濃度在0.3%~0.6%，回風流瓦斯濃度在0.8%~1.5%之間，上隅角局部風流瓦斯濃度在1%~4%。造成工作面經常停產，嚴重威脅安全生產作業。

2 U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理

綜放工作面上覆巖層及采空區主要有兩類裂隙空間[2]，一類為原始孔隙，與煤巖體性質及原巖應力等因素有關，裂隙空間相對均勻穩定；一類為采動孔隙，主要受巷道掘進及采動影響，孔隙分布不均，間距大，隨機性大，與采掘高度、采空區冒落巖體大小及排列情況相關。隨著工作面的推進，工作面上覆巖層及采空區原有裂隙增大，同時產生新的裂隙。離層區內有很多氣體流通的通道，采空區內冒落巖體呈塊堆積形成大量的氣體通道和貯存空間。裂隙溝通離層區及采空區，形成復雜的氣體儲存和流通系統。其中采動孔隙是主要的瓦斯流動通道。

對于U形通風工作面，又叫做一源一匯工作面，上隅角作為工作面的漏風匯，成為采空區大量瓦斯流出的必經之路，從而造成上隅角瓦斯超限。并且現場觀測中發現，上隅角風速小，風流呈現渦流狀態[3]，從而使上隅角瓦斯集聚。

3 U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯治理技術

根據U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理，采用頂板走向高位鉆孔抽放上隅角頂部采空區的瓦斯，同時對工作面風量進行合理配置，減少采空區漏風量。通過這兩項治理方法，減少采空區瓦斯向上隅角的涌出量，消除上隅角瓦斯積聚。

3.1頂板走向高位鉆孔抽放瓦斯

3.1.1 高位鉆場鉆孔布置

依據該礦以往抽采經驗及相關研究數據，在工作面回風巷道每隔80m布置一處走向高位鉆場，向工作面裂隙帶施工迎面鉆孔，鉆場位于煤層頂板位置處，并要求鉆孔開口處巖石堅硬，便于施工鉆孔。每處鉆場施工6個高位鉆孔，鉆孔直徑133 mm，終孔處于頂板煤層裂隙帶內。高位鉆場鉆孔平面布置圖見圖1。

圖1 高位鉆場鉆孔平面布置圖

3.1.2 鉆孔封孔技術

高位鉆孔采用一次性囊袋注漿裝置進行封孔[4]，該裝置通過兩個囊袋封堵一段鉆孔，兩個囊袋中間有一段塑料管，塑料管上有注漿口，先向囊袋注漿，囊道充滿漿液后膨脹封堵該段鉆孔，隨后漿液通過塑料管上的注漿口流向兩個囊袋之間的鉆孔。漿液充滿該段鉆孔后形成注漿壓力，繼而使漿液向鉆孔壁進行滲透。囊袋式注漿封孔法原理圖見圖2。

圖2 囊袋式注漿封孔法原理圖

3.2合理配置工作面風量

根據綜放工作面高瓦斯產生機理分析，及該礦工作面瓦斯濃度偏低，上隅角及回風流瓦斯濃度偏高，可見工作面落煤及煤壁瓦斯涌出量較小，上隅角瓦斯集聚主要是由于采空區大量瓦斯涌向上隅角所致。工作面配置風量越大，采空區漏風量就越大，從而導致采空區瓦斯涌出量增大。經過風量配置多次試驗結果表明，該工作面配風量應當控制在1 000m3/min~1 100m3/min。

4 治理結果分析

3-501 綜放工作面在采取上隅角瓦斯抽采措施之前，上隅角瓦斯濃度在1%~4%之間，回風流瓦斯濃度在0.8%~1.5%之間，瓦斯超限報警頻繁，嚴重制約了該礦的安全生產，在采用上隅角瓦斯抽采措施及風量合理配置后，上隅角風流瓦斯濃度下降到4%以下，回風流瓦斯濃度下降至2%以下。由此可見這兩項治理方法取得了良好的效果。

5 結束語

1）分析了U型通風綜放工作面上隅角高瓦斯產生機理，為綜放工作面上隅角瓦斯治理方法的確定提供了理論基礎。

2）采用頂板走向高位鉆孔抽放上隅角瓦斯及合理配置工作面風量兩項治理方法，使上隅角高瓦斯得到有效控制，確保了工作面安全生產。

3）該工作面采取上述瓦斯治理方法后，工作面產量由原來的2 500 t/d提高到4 000 t/d，大大提高了工作面生產效率，創造了良好的經濟效益。

[1]曹有.U型通風綜放工作面上隅角瓦斯治理技術[J].山東煤炭科技,2014,44(6):75-77.

[2]任曉東.特厚煤層綜放工作面U形通風回風隅角瓦斯防治[J].現代礦業,2015(4):205-207.

[3]梁廣齡，黃井武.中厚煤層綜放工作面上隅角瓦斯綜合治理[J].礦業安全與環保,2001(1):28-29.

[4]吳水平.囊袋式注漿封孔法在煤礦瓦斯抽采封孔中的應用[J].礦業安全與環保,2010(6):98-99.

（編輯：楊鵬）

Gas Generation M echanism and Gas Control Technology in Upper Corner of Full-m echanized M ining Face with U-type Ventilation

CUIHongzhang
(Ventilation Team of XinzhiMine,Huozhou Coal and Electricity Group,Linfen 031400,China)

In order to realize the effective gas control and reduce the gas concentration in the upper corners on fully-mechanized mining face with U-type ventilation,the paper discusses the high gas generationmechanism and its control technology.We used roof drilling athigher positions to drain upper corner gas,allocated reasonable air flow,and then analyzed the results,which showed that the treatment had agood effect.

U-type ventilation;fully-mechanizedmining face;high gas in upper corner;mechanism; gas control

TD 712.6

A

1672-5050（2016）06-043-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.013

2016-09-28

崔洪章（1987-），男，山東陽信人，碩士，助理工程師，從事煤礦通風與安全研究工作。